ลำแสงเลเซอร์ขับเคลื่อนบีมมิวออนเปิดวิธีการตรวจสอบวัสดุแบบไม่ทำลายล้างใหม่

การมองเห็นแบบเอกซ์เรย์ของซูเปอร์แมนจริงๆ แล้วไม่ได้ซูเปอร์ขนาดนั้น เอกซ์เรย์เหมาะสำมารถใช้มองทะลุกายสิ่งบางหรือสแกนทางการแพทย์ แต่กำแพงคอนกรีตหนาและชั้นกันตะกั่วหนาแน่นจะบล็อกเอกซ์เรย์ได้หมด นักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหา คือใช้อนุภาคมิซอน (muons) ซึ่งสร้างขึ้นโดยเลเซอร์พลังสูง สามารถเจาะทะลุวัสดุหนาแน่นที่บล็อกเอกซ์เรย์ได้ง่าย ทีมวิจัยจากโรมาเนีย ที่สถานที่ Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP) นำโดย Mădălina Dobre ได้สำเร็จครั้งแรกในการใช้บีมมิซอนเทียมที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างภาพวัตถุ

บีมมิซอนเทียมมีคุณสมบัติปรับแต่งได้ เหมาะสำคัญสำหรับการสแกนวัตถุหนาแน่นที่บล็อกเทคนิคการสร้างภาพอื่นๆ

เทคโนโลยีสแกนรุ่นต่อไปมิซอนจักรวาลที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติสามารถเจาะทะลุชั้นบรรยากาศโลก เข้าสู่โครงสร้างแข็ง ทำให้สามารถสร้างภาพภายในที่ซ่อนอยู่แบบไม่ทำลายล้างได้ ก่อนหน้านี้ "เทคโนโลยีสร้างภาพมิซอน" ได้ทำแผนที่โครงสร้างภายในที่ซ่อนอยู่แล้ว เช่น ห้องลับภายในหอคอยกีซาใหญ่ที่ค้นพบในปี 2023 อย่างไรก็ตาม เวลาสแกนยังช้ามากจนไม่เป็นไปได้ เนื่องจากอนุภาคจักรวาลธรรมชาติไหลเข้ามาอย่างช้า สถานที่ปัจจุบันใช้เครื่องเร่งอนุภาคแบบดั้งเดิมสร้างบีมพลังงานต่ำ ส่วนมิซอนพลังงานสูงต้องการการเร่งฟิลด์ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ของอิเล็กตรอนและปฏิสัมพันธ์กับเป้าหมายแข็ง

เทคโนโลยีสร้างภาพที่เป็นการประดิษฐ์ใหม่

นักวิจัยจากสถาบันวิจัยแห่งชาติ Horia Hulubei ของโรมาเนีย ได้แก้ไขความท้าทายด้านความเร็ว สำเร็จครั้งแรกในการใช้บีมมิซอนเทียมสร้างภาพ เทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ของพวกเขาสามารถสร้างกระแสอนุภาคที่ควบคุมได้ตามต้องการ เปิดประตูสู่การสร้างภาพที่รวดเร็วและน่าเชื่อถือในทางปฏิบัติ

ทีมของ Dobre ใช้เลเซอร์พลังสูงที่สถานที่ ELI-NP ของโรมาเนีย สร้างภาพแรกที่นำโดยมิซอนเทียมขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ เลเซอร์เร่งอิเล็กตรอนผ่านก๊าซ นำไปสู่เป้าหมายแข็ง สร้างพัลส์แสงเพื่อสร้างคู่มิซอน หลังจากกรองอนุภาคที่ไม่จำเป็นผ่านพลาสติก พาราฟิน และกำแพงคอนกรีตหนา 2 เมตร ตัวตรวจจับที่อยู่ในรถบรรทุกบันทึกเงาของกองอิฐตะกั่ว การเปรียบเทียบผลวัดเหล่านี้กับการจำลองคอมพิวเตอร์ ยืนยันว่าประมาณ 90% ของอนุภาคพลังงานสูงที่ตรวจพบเป็นมิซอนที่สอดคล้องกับแบบจำลองแหล่งกำเนิด

"ผ่านการเปรียบเทียบข้อมูลกับการจำลองมอนเตคาร์โล เรายืนยันว่าโปรไฟล์บีมที่วัดได้และภาพวัตถุสอดคล้องกับมิซอนเทียมพลังงานหลาย GeV ตามที่เราทราบ นี่เป็นการสาธิตครั้งแรกของการสร้างภาพที่นำโดยมิซอนเทียมขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์" ทีมเขียนในบทความวิจัยพรีพรินต์

เวลาสแกนลดลงมาก

ภาพแรกของการสแกนลึกแบบตามต้องการของสถานที่ยังไม่คมชัด พวกมันดูเป็นเม็ดต่ำละเอียด คล้ายเงาปนเปื้อนมากกว่าการสแกนความละเอียดสูง อย่างไรก็ตาม การพิสูจน์แนวคิดนี้เปลี่ยนทุกอย่าง การสร้างภาพมิซอนจักรวาลธรรมชาติสร้างมิซอนได้เพียงประมาณ 1 ต่อตารางเซนติเมตรต่อวินาที ในขณะที่พัลส์ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์สามารถสร้างอนุภาคหลายล้านตัวใน لحظة ลดเวลาสแกนอย่างมาก การสร้างบีมมิซอนที่เข้มข้นตามต้องการจะลดเวลาสแกนจากเดิมที่ต้องใช้ครึ่งปี เหลือเพียงไม่กี่นาที เวอร์ชันอนาคตอาจช่วยให้วิศวกรสแกนสะพานที่เสื่อมสภาพ ช่วยนักธรณีวิทยาทำแผนที่แร่ใต้ดิน และให้เจ้าหน้าที่ตรวจสอบชายแดนสามารถตรวจพบวัสดุนิวเคลียร์ที่มีการกันรังสีหนาแน่นซ่อนอยู่ภายในคอนเทนเนอร์ได้

นักภูเขาไฟวิทยาก็สามารถใช้เทคโนโลยีนี้ทำแผนที่ห้องแม็กม่าและท่อลาวาภายใน เพื่อช่วยพยากรณ์การระเบิด

ศักยภาพการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีมิซอนขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์

การใช้เทคโนโลยีบีมมิซอนขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ นำมาสู่ความก้าวหน้าทางการปฏิวัติในการตรวจสอบวัสดุ โดยเฉพาะด้านการสร้างภาพแบบไม่ทำลายล้าง เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่สามารถสร้างกระแสอนุภาคพลังงานสูงได้อย่างรวดเร็ว ยังลดเวลาสแกนอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้ประสิทธิภาพการตรวจสอบเพิ่มขึ้น ในอนาคต ขอบเขตการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้จะขยายไปสู่การตรวจสอบความปลอดภัยสะพาน การสำรวจทรัพยากรใต้ดิน และการเฝ้าระวังกิจกรรมภูเขาไฟ ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากต่อการคุ้มครองความปลอดภัยสาธารณะและการจัดการทรัพยากร